IH電飯煲烹飪過程溫度分布均勻性研究

孔進喜 王江南 梅江 張力文

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

近幾年來，電磁感應加熱技術得到了飛速的發展，因其具有節能、環保、可控性強及加熱效率高等特點被廣泛應用于各個領域[1-3]。相比與發熱盤式的電飯煲而言，IH電飯煲主要是由鍋體的單層或者多層導電結構在交變磁場中感生出渦流而產生熱量，并將熱量直接傳遞給鍋內的水和大米，提高了電飯煲的加熱效率。煮飯過程中為使上中下三層米飯的口感無差異，要求對米飯整體進行均勻加熱，所以對在煮飯過程中鍋體內部的溫度分布均勻性及其影響因素的研究是十分必要的。目前，研究煮飯過程中鍋體內部溫度分布均勻性方面的所做研究較少。故本文通過對煮飯過程中IH電飯煲鍋內的溫度分布均勻性進行研究，并通過調整底部勵磁線圈位置分析其對溫度分布均勻性的影響。本研究旨在能夠在一定程度上為國內電飯煲行業提供電磁加熱技術應用的理論基礎，并以此來增強國內電飯煲行業在國際市場的競爭力。

1 實驗方法及原理

1.1 變異系數的理論基礎

變異系數是衡量標志值離散的特征參數之一，可以用來描述數據的均勻性程度，并且其消除了量綱和(或)平均數不同對兩個或多個樣本變異程度比較的影響。電飯煲在蒸煮過程中，鍋體內部的溫度分布是不均勻的，并且隨著時間變化以及底部勵磁線圈位置的不同會造成鍋體內各個區域的溫度均值不同。故使用變異系數來定量分析電飯煲鍋體內部溫度的不均勻程度會更加準確。變異系數記為C.V，為標準差σ與平均數a的比值，其計算公式如下：

由于變異系數可以作為不均勻程度的評價指標，其值的大小與不均勻程度成正比關系，故對本文而言，變異系數越小，表明鍋內溫度分布的越均勻。

1.2 實驗方法

采用如表1所示實驗條件進行實驗，其中線圈材質為純銅，底部與R角處線圈為串聯關系，保證底部與R角線圈的交變電流一致，排除了額外因素的干擾。取如圖1所示的溫度測試點對鍋內溫度分布進行測量，溫度采集儀器為安捷倫34970A。研究底部勵磁線圈位置對鍋內溫度分布的影響，本文通過調整底部勵磁線圈內圓邊界處與線盤中心距離d來達到控制底部勵磁線圈位置的目的，其具體參數如表2所示。

2 實驗結果與討論

2.1 鍋內的溫度分布均勻性

圖2為當底部線圈位置為①時，各測試點的溫度曲線圖，圖3為鍋體內部各測試點溫度變異系數隨時間變化的曲線圖，從圖中可知，隨著時間的改變，其變異系數的整體趨勢為先增大后減小，在加熱階段中期變異系數取得最大值，其值為0.18，鍋內的溫度分布的不均勻程度也符合這一趨勢，圖2中所示也證明這一點，加熱開始時，各測試點溫度離散度較小，隨著時間推移離散度先增大后減小，這與變異系數的變化趨勢一致。在煮飯過程中，鍋體內部的溫度分布不均勻程度也將，在加熱開始時，內鍋產熱量不高，再加上熱傳遞的影響，鍋體內部溫度上升不明顯，但是當功率加大，內鍋因交變磁場作用開始急劇產熱，鍋體內部發生熱量的交換以及傳遞，促使鍋體內部的水產生對流（溫度高的水上升，溫度低的水下降，并帶動米粒運動），這種的對流的快慢直接影響鍋內的溫度分布均勻性。

2.2 底部線圈位置對鍋內溫度分布均勻性的影響

通過改變底部勵磁線圈位置來分析其對鍋體內部溫度分布均勻性的影響，圖4和5分別為底部線圈位置處于②和③時各溫度測試點的溫度曲線，圖6為三種線圈位置所對應的溫度變異系數曲線圖，從圖中可知，底部線圈無論處于何種位置，其變異系數曲線與2.1中所述具有相同的變化趨勢。從整體上對比分析底部線圈位置為①、②和③的變異系數曲線來說，當線圈處于位置②時，其溫度的變異系數在整個烹飪過程中具有相對較低的數值，這是由于當線圈處于此位置時，相對內鍋而言，其熱量集中區域相對靠近內鍋的中部區域略靠外側的位置，此時內鍋中心部位及最外側部分的熱傳導較均勻，鍋內的熱對流過程較快，從而在烹飪過程中鍋內溫度均勻性較好，而從溫度曲線上的比較也能驗證這一點。另外，實驗結果也進一步表明采用變異系數來量化表征鍋內溫度均勻性是可行的。

表1 實驗條件

表2 底部勵磁線圈位置

圖1 溫度采集點分布示意圖

圖2 線圈位置①各測試點的溫度曲線

圖3 線圈位置①變異系數曲線

圖4 線圈位置②各測試點的溫度曲線

圖5 線圈位置③各測試點的溫度曲線

圖6 不同線圈位置的變異系數曲線

注：圖中1、2、3分別對應線圈位置①、位置②和位置③。

3 結論

本文將變異系數引入到IH電飯煲煮飯過程溫度分布均勻性的研究中，定量地描述溫度分布不均勻程度來精確地分析煮飯過程中溫度分布的不均勻性，并通過調整底部勵磁線圈位置研究其對溫度分布均勻性的影響。研究結果表明：IH電飯煲在煮飯過程中鍋體內部溫度的變異系數的整體趨勢為先增大后減小，在加熱中期取得最大值，其值為0.18，均勻性最差；改變底部線圈的位置對鍋體內部溫度分布均勻性有一定的影響，在本實驗中，底部線圈處于位置②（底部勵磁線圈內圓邊界處與線盤中心距離d為30mm）時其溫度變異系數整體上較低，說明在煮飯過程中，鍋體內部具有較好的溫度分布均勻性。

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